Как устроен компьютер § 29. Современные компьютерные системы § 30. Принципы устройства компьютеров § 31. Магистрально-модульная организация компьютера § 32. Процессор § 33. Память § 34. Устройства ввода и вывода Параллельные вычисления — это вычисления на многопроцессорных системах, при которых одновременно выполняются многие действия, необходимые для решения одной или нескольких задач. Суперкомпьютеры • исследование климата • создание математических моделей молекул • синтез новых материалов и лекарств • расчёт процессов горения и взрыва • моделирование обтекания летательных аппаратов • моделирование ситуаций в экономике • расчёты процессов нефте- и газодобычи • проектирование новых электронных устройств Компьютеры V поколения Япония, 1982-1992 Цель – создание суперкомпьютера с функциями искусственного интеллекта • обработка знаний с помощью логических средств • сверхбольшие базы данных • использование параллельных вычислений • распределенные вычисления • голосовое общение с компьютером • постепенная замена программных средств на аппаратные Проблемы: • идея саморазвития системы провалилась • неверная оценка баланса программных и аппаратных средств • традиционные компьютеры достигли большего • ненадежность технологий • израсходовано 50 млрд. йен § 30. Принципы устройства компьютеров • состав основных компонентов вычислительной машины • принцип двоичного кодирования • принцип адресности памяти • принцип иерархической (многоуровневой) организации памяти • принцип хранимой программы • принцип программного управления • оперативная память состоит из отдельных битов • группы соседних битов объединяется в ячейки • каждая ячейка имеет свой адрес (номер) • нумерация ячеек начинается с нуля • за один раз можно прочитать или записать только целую ячейку RAM = Random Access Memory чтение данных из ячеек и запись в них в произвольном порядке • ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (оперативная память) • ПЗУ – постоянное запоминающее устройство ROM = Read Only Memory ▫ содержит программное обеспечение для загрузки и тестирования компьютера ▫ запись запрещена Что такое архитектура? Архитектура компьютера – это общие принципы построения конкретного семейства компьютеров (PDP, ЕС ЭВМ, Apple, IBM PC, …). • принципы построения системы команд и их кодирования • форматы данных и особенности их машинного представления • алгоритм выполнения команд программы • способы доступа к памяти и внешним устройствам • возможности изменения конфигурации оборудования Особенности мобильных устройств Требования: • уменьшенные размеры и вес • специальные функции (приём и передача речи) • экономия заряда аккумулятора • геолокация (GPS) • Архитектура ARM = Advanced RISC Machine – усовершенствованная RISCмашина • процессор + ОЗУ + модули беспроводной связи на одном кристалле • уменьшенное потребление энергии • экономичные («спящие») режимы • команды для цифровой обработки звука § 31. Магистрально-модульная организация компьютера Магистрально-модульная архитектура: набор устройств (модулей) легко расширяется путём подключения к шине (магистрали). Принцип открытой архитектуры (IBM): • спецификация на шину (детальное описание всех параметров) опубликована • производители могут выпускать новые совместимые устройства • на материнской плате есть стандартные разъёмы • нужны драйвера (программы управления) для каждого устройства § 32. Процессор Процессор – это устройство, предназначенное для автоматического считывания команд программы, их расшифровки и выполнения. • AЛУ = арифметико-логическое устройство, выполняет обработку данных • УУ = устройство управления, которое управляет выполнением программы и обеспечивает согласованную работу всех узлов компьютера Устройство управления • извлечение из памяти очередной команды • расшифровка команды, определение необходимых действий • определение адресов ячеек памяти, где находятся исходные данные • занесение в АЛУ исходных данных • управление выполнением операции • сохранение результата § 33. Память Память — это Как устроен компьютер, которое используется для записи, хранения и выдачи по запросу команд программы и данных. • внутренняя или основная (для хранения программ и данных в момент решения задачи), ОЗУ и ПЗУ • внешняя или долговременная (… на длительный срок) Внешняя память • данные располагается блоками (на дисках – сектора) • блок данных читается и пишется как единое целое; работать с частью блока невозможно • прежде чем процессор сможет использовать программу или данные, их нужно загрузить из внешней памяти в ОЗУ • обменом данными управляют контроллеры Кэш-память Кэш-память — это память, ускоряющая работу другого (более медленного) типа памяти, за счёт сохранения прочитанных данных на случай повторного обращения к ним. Проблемы: • небольшой объём, быстро заполняется • при изменении данных в регистрах нужно обновлять кэш § 34. Устройства ввода и вывода Устройством ввода называется устройство, которое: позволяет человеку отдавать компьютеру команды и/или выполняет первичное преобразование данных в форму, пригодную для хранения и обработки в компьютере. Принтер – устройство для вывода информации на бумагу или пленку. Разрешающая способность dpi = dots per inch, точки на дюйм обычно 300 – 600 dpi 1200 dpi (типографское качество) Виды принтеров • матричные (красящая лента) • струйные (чернила) • лазерные (порошок) сублимационные (красящая лента)
